TP304H奥氏体不锈钢锅炉管长期高温运行后的组织变化分析和研究_胡平

第37卷第5期2005年10月 南　京　航　空　航　天　大　学　学　报Jou rnal of N an jing U n iversity of A eronau tics &A stronau ticsV o l .37N o.5　O ct .2005HP 40奥氏体耐热钢炉管长期高温时效的安全性分析温建萍1,康志强2,顾大群2(1.南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京,210016;2.齐鲁石化股份有限公司塑料厂,淄博,255400)摘要:为判别炉管的损伤程度和运行安全性,本文对运行了约46000h 的苯乙烯生产加热炉炉管,在大修期间进行了宏观检查、氧化物的XRD (X 2ray diffracti on )分析、管径测量、超声波测厚、硬度试验、金相组织分析及炉管的危险点计算分析等。

实验结果表明:炉管表面发生了高温氧化以及碳化腐蚀,炉管壁厚明显减薄。

与新管相比硬度也明显下降,显微组织明显退化,骨架状共晶碳化物形态消失,一次碳化物和从奥氏体晶内析出的二次碳化物明显粗化,且析出少量块状Ρ相。

并在此基础上对炉管的剩余使用寿命作了估算。

关键词:H P 40奥氏体耐热钢;显微组织;碳化物粗化;安全性分析;寿命预测中图分类号:T G 142173;T G 14211 文献标识码:A 文章编号:100522615(2005)0520616205　收稿日期:2005204229;修订日期:2005206221　作者简介:温建萍,女,副教授,1956年9月生,E 2m ail :zl mw j p @nuaa .edu .cn ;康志强,男,高级工程师,1955年2月生;顾大群,男,高级工程师,1963年8月生。

Safety Ana lysis of HP 40Austen itic Hea t -Resistan tSteel Tubes Af ter L ong T i m e AgedW EN J ian 2p ing 1,KA N G Z h i 2qiang 2,GU D a 2qun2(1.Co llege of M aterial Science and T echno logy ,N anjing U niversity of A eronautics &A stronautics ,N anjing ,210016,Ch ina ;2.Q ilu petrochem ical p lastic p lant ,Zibo ,255400,Ch ina )Abstract :O verheat steam heating tubes after servicing 46000h fo r distingu ish ing the dam n ificati ondegree are analyzed ,by visual in specti on ,X 2ray diffracti on (XRD )analysis of the ox ide ,m easu rem en t of the w all th ickness and diam eter ,hardness 2m easu ring ,op tical m etallograph ic exam inati on and the danger po in t analysis .Experi m en tal resu lt show s that the co rro sive m echan is m of su rface m aterials p roduces the ox idati on and carbon izati on co rro si on .A nd the th ickness and the hardness of the bo iler p i pe are descended com pared w ith the new p i pe .B y the op tical m icro scope it is seen that confo r m ati on of the fram ew o rk eu tectic carb ide is disappeared ,the first and the second carb ides p reci p itated in au sten ite are coarsened ,and a spo t of Ρphase is p reci p itated .O n th is base ,the residual life of the bo iler p i pe is esti m ated .Key words :H P 40au sten itic heat 2resistan t steel ;m icro structu re ;carb ide coarsen ing ;safety analysis ;life esti m ati on 石油化工行业在役的高温部件或设备长期在高温、应力和腐蚀介质等恶劣条件下运行,材料的组织结构会发生显著的变化,严重影响着设备运行的安全性。

锅炉过热器TP304H奥氏体不锈钢WS焊接工艺作者：李士强来源：《科学与财富》2018年第35期摘要：通过对TP304H小径薄壁管现场焊接遇到的难题，进行分析和解决，得出比较适合现场焊接中高合金钢小径薄壁管的创新工艺。

从实际效果看，这个工艺是可行的，具有应用推广价值。

关键词：奥氏体钢；充氩；焊接工艺1 TP304H钢的焊接性分析奥氏体钢具有耐腐蚀性能的条件主要是Cr的含量含Cr量必须大于12%，在室温时碳在奥氏体中的溶解度很小。

当温度升高时在奥氏体晶粒边界会产生碳扩散现象，并与Cr结合，生成碳化铬。

当晶粒界附近的Cr含量小于12%时，会导致贫铬，从而在腐蚀介质作用下贫铬区将失去耐腐蚀性能。

导致不锈钢晶间腐蚀，这种腐蚀现象受到应力作用时就会沿晶断裂，是奥氏体钢最危险的一种破坏形式。

晶间腐蚀受应力作用时产生断裂的区域分别作用在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上。

奥氏体不锈钢不是在任何时候都会产生晶间腐蚀。

它与钢的加热温度和产生晶间腐蚀的温度敏感区，焊接过程中高温停留时间有关。

最敏感的温度区间为450-850℃。

当加热温度小于450℃时，不会产生碳扩散现象。

也就是说不会形成碳化铬化合物。

当温度升高至850℃以上时，此时晶粒内铬扩散现象增强。

大量的铬于晶粒的碳化合生成碳化铬，但两者都不会形成贫铬。

产生晶间腐蚀最敏感的温度为650℃，因此在焊接过程中严格控制危险温度区，降低650℃的高温度停留时间。

焊接过程中，焊缝两侧热影响区处是最危险的温度区，易产生晶间腐蚀。

因此应采用小电流、弱规范、焊接速度稍快降低高温停留时间，提高焊接接头抗晶间腐蚀能力的焊接工艺。

为了避免或减少产生晶间腐蚀的机率，在工况条件允许的情况下采用快速冷却方法，可在焊接完毕的焊接接头或在焊接过程中焊30-40mm后熄弧用冷水冷却。

奥氏体钢在急剧的冷却过程中不会产生淬硬的马氏体组织，所以快速冷却不会使焊接接头产生淬硬组织。

2 产生热裂纹的原因及防止方法在焊接过程中由于奥氏体钢的导热系数小，电阻率高，热膨胀系数大。

2009年 3月郑州大学学报(工学版)Mar 1　2009第30卷　第1期Journal of Zhengzhou University (Engineering Science )Vol 130　No 11 收稿日期:2008-09-15;修订日期:2008-10-30 基金项目:教育部全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目(200233);武汉钢铁公司科研计划资助项目. 作者简介:黄亚敏(1983-),女,湖北武汉人,硕博连读研究生,主要从事材料显微组织与性能关系研究.通讯联系人:潘春旭,E -mail:cxpan@whu .edu .cn 文章编号:1671-6833(2009)01-0053-04奥氏体不锈钢超高温氧化失效机理研究黄亚敏1,吴佑明2,潘春旭1(1.武汉大学物理科学与技术学院,湖北武汉430072;2.武汉钢铁公司金属结构公司,湖北武汉430081)摘　要:利用电子显微镜和能谱等现代分析仪器,系统研究了Y US701型高Cr -N i 奥氏体不锈钢在1200℃超高温腐蚀介质环境下长期服役过程中的氧化腐蚀特征及失效机理.研究结果表明:不锈钢表面氧化膜具有多膜层结构,氧化环境及基体-氧化层界面处的元素分布和扩散对氧化膜的结构与性能有重要影响;氧化膜的失效行为主要表现为氧化层中裂纹的产生和不致密氧化层的剥落.关键词:奥氏体不锈钢;超高温;氧化膜;失效机理中图分类号:TG 172.82 文献标识码:A0　引言合金Fe -Cr -N i 奥氏体不锈钢长期服役于冶金、化工、电力和航天等运行条件苛刻的环境中,长期以来对奥氏体不锈钢在不同高温氧化介质中氧化膜的生长行为[1-5]以及氧化膜失效分析[6-8]方面的研究受到国内外很大的重视.一般认为,不锈钢表面形成的氧化膜主要成分为Cr 2O 3,这种氧化反应具有选择性特征,消耗不锈钢基体表面Cr 元素,并使基体内部Cr 元素不断向表面扩散.随着氧化反应持续进行,氧化膜的生长符合抛物线规律[9],并主要受温度的影响;同时为了保证氧化膜的稳定形成,氧化膜—基体界面处的Cr 元素含量的质量分数不能低于13±1%[10].研究发现,当氧化温度逐渐升高,Cr 2O 3氧化膜变得不稳定开始分解,使得基体内部Fe 、N i 等其它金属离子向氧化膜层扩散,并引起氧化膜出现裂纹并产生剥落现象.发生氧化膜剥落的基体表面重新暴露于腐蚀介质环境中,将再次生成Cr 2O 3氧化保护膜,Cr 元素对氧化膜再修复及防止不锈钢氧化失效起到了重要作用[11-12].H.E .Evance 等人[13]提出,氧化膜的失效属于化学失效,即发生失稳氧化现象.在超高温下(>1100℃),因氧化膜—基体界面处Cr 含量低于氧化平衡时所需含量而导致内部化学失效.在一般高温下(600～950℃),主要是由于基体表面局部氧化膜脱落产生的损伤进而引起的机械化学失效.到目前为止,有关氧化膜失效的研究大多集中在950℃以下,很少有报道实际超高温下氧化膜的失效研究.奥氏体不锈钢ROF 内罩是一种热处理保护设备,需要长期在650～1200℃的高温和H 2+N 2气氛中运行,要求具有相当高的高温持久强度和耐腐蚀、抗氧化能力.因此选用的材料必须具有很高的抗高温氧化性能.作者通过对ROF 内罩外壁表面氧化皮的显微结构和化学成分观测,深入分析了高温氧化膜的形成及其脱落机理.1　实验材料与方法实验样品直接从已服役141个周期(约8年)失效报废的ROF 内罩上取样,材料为Y US701(25Cr -13N i -2Si -0.8Mo -0.25N )型奥氏体不锈钢,化学成分及力学性能见表1.ROF 内罩的服役条件:650℃保温17h,1200℃保温27h,运行周期为150h,内罩外部处于以煤气为燃烧介质的炉膛,内罩内保护气为H 2∶N 2=3∶1;罩内气体压力250kPa,罩外压力25kPa,内罩裙部插入炉台的白硅砂内密封.扫描电镜(SE M )样品制备及观察:在ROF 内罩外壁截取原始块状试样,观察沿氧化皮至合金基体方向的纵截面.观察在日立S2570型扫描电镜(SE M )上进行,加速电压为20k V.微区化学成54　郑州大学学报(工学版)2009年表1　材料化学成分及力学性能Tab .1　Chem i ca l co m positi on s of the ma ter i a ls牌号化学成分的质量分数/%C Si Mn P S N iCr Mo N σb /MPa Y US7010.1162.4632.1650.0320.02613.6024.200.8560.250≥690分测量在Phili p s 公司E DAXP V 9100/70能谱仪(EDS )上进行.2　实验结果与讨论在实际应用中,奥氏体不锈钢ROF 内罩的失效报废的原因主要是由于材料的脆化和强度的降低所导致变形等.从外观上看,表面的氧化程度并不十分严重,但是材料的厚度会有明显的减薄现象.图1(a )为奥氏体不锈钢ROF 内罩外壁与煤气燃烧介质接触表面的氧化腐蚀层的SE M 形貌特征.宏观上看,表面有一个已经失效即将脱落的氧化层,接下来为一个约1mm 以上的分布有大量氧化腐蚀坑的过渡层,腐蚀坑随距表面越远数量减少.在高倍下观察(图1(b )),氧化膜具有明显的多膜层结构,即:最外面为疏松的,即将剥落的氧化失效层;与基体表面相连的是一个颗粒过渡层;特别要注意的是,在疏松氧化皮与颗粒层之间有一个相对致密的,宽度只有几微米的“夹层”.氧化膜下面是一个有大量腐蚀坑的基体,其中在奥氏体晶界上的腐蚀坑要大一些,并且有析出物析出和沿晶开裂的特征.图1　氧化膜层结构SE M 形貌图F i g .1　SE M m orphology of the f il m l ayersi n the ox i da ti on sca le EDS 化学成分测量显示(图2,表2),外层疏松的氧化皮除含Cr 元素外,还含有大量的Fe 和N i 元素.而紧接着的“夹层”中几乎没有Fe 和N i 元素(其中的Si 可能来自于颗粒成分),说明它是一个纯的Cr 2O 3氧化物层;过渡层中的小颗粒主要含Si 和O 元素,表明其为Si O 2颗粒.另外,基体中晶界上的析出物含有将近各占50%的Cr 和Fe 元素,N i 含量很低,它可能是σ(CrFe )相.图2　氧化皮各膜层元素分布图F i g .2　The ele m en t d istr i buti on character isti csi n the ox i da ti on sca le表2　氧化皮各膜层化学成分质量分数Tab .2　The che m i ca l co m positi on i n the sca leaccord i n g to the F i g .2%膜层O Si Cr Fe N i 基体D —1.3720.5764.0114.06颗粒过渡层B 42.6753.03—1.752.49致密“夹层”A 40.406.9750.572.06—外表疏松层C33.490.5525.9622.4917.51 一般认为,高温下生成保护膜的氧化反应与合金元素与氧元素的亲和力有关.图3是金属氧势图,表示了不同温度下金属元素发生氧化所需的氧压[14].可以看出Si 较Cr 更易与O 结合形成氧化物.作者所用的Y US701型奥氏体不锈钢材料,其在材料设计时加入了较多的Si (>2%),也是为了提高其抗高温氧化性能的目的.其基本的原理是:首先在材料表面形成一层Si O 2氧化层,然后再生成Cr 2O 3氧化层,这种紧密的双层膜能有效地起到将金属与气体基体表面生介质隔离的阻挡层作用,从而起到抗高温氧化的作用.在高温长期服役过程中,氧化膜的进一步长　第1期黄亚敏等　奥氏体不锈钢超高温氧化失效机理研究55　大需要反应物质经由氧化膜扩散传质来实现,主要是基体表面的Cr 离子通过膜层向外扩散,在膜的表面被氧化,膜的生长区域在膜的表面,而外界氧离子由于在膜层中扩散系数较小很难向金属内部扩散,氧化膜的电子-离子机理示意图(图4).氧化膜—基体界面处的元素分布及扩散对氧化膜的结构与性能有直接影响,晶界作为缺陷区域,为离子向外扩散提供了有利途径.在图2中测到氧化皮中含有一定量的Fe 和N i 元素,这是由于在长期超高温作用下,金属内部的铁、镍离子也将向外扩散,在致密的Cr 2O 3外层再形成一层以Cr 2O 3为主并含有Fe 、N i 的氧化物或其混合氧化物的厚膜层,即多膜层结构. 与一般的950℃高温服役相比,本实验中的1200℃超高温服役条件,对奥氏体不锈钢的氧化腐蚀程度和晶粒长大有更明显的作用.由于ROF 内罩在实际运行过程中,每个周期中的不同时间的温度是不断变化的.由于氧化膜内部是双膜层结构,在冷热变化时,具有较低线性热膨胀系数的Si O 2层(a ～0.5×10-6K -1)与Cr 2O 3层(a～8.5×10-6K -1)和基体表面(a ～17.8×10-6K -1)[10]之间更易集中大量热能和压缩应力.在压应力作用下,膜与基体局部发生非接触区域,氧化膜产生塑性变形,起皱形成空泡进而开裂导致氧化膜剥落.同时可以发现,氧化剥离还将穿透Si O 2层在Si O 2层—Cr 2O 3层界面处形成.但由于Si O 2层相对于Cr 2O 3层与基体的热膨胀系数差更大,所以剥离裂纹主要发生在基体—Si O 2层界面处.温度越高,界面处差异越大,氧化膜受损剥落也越严重,基体表面将形成较大的氧化腐蚀坑.这种循环的温度变化,导致氧化皮的不断脱落,最后造成材料厚度的不断减少.失去氧化膜保护的基体表面再次暴露于氧化环境中,抗氧化性下降,使得基体中的Fe 、N i 离子快速向外扩散,在基体表面和新修复的Cr 2O 3氧化层中形成Fe 、N i 的氧化物.如表2所示,氧化膜层尤其是外表疏松层中,Fe 、N i 元素含量迅速升高,其含量与Cr 元素含量几乎相当,说明氧化膜外层中含有大量的脆性氧化物.随着Cr 2O 3外层不断增厚产生一定应力,不同氧化物具有pB 值不同,在应力作用下膜层内将产生剥离裂纹导致外层氧化膜疏松剥落.这种剥离腐蚀易在Cr 2O 3层中Cr 含量少的地方优先发生,如图1(b )中箭头所指沿晶裂纹处,此处Cr 2O 3氧化层不致密,Fe 、N i 离子更容易聚集形成氧化物.氧化膜在超高温下虽呈剥离腐蚀特征,但其内部双层膜仍较致密,具有较好的热稳定性.氧化膜的这种优异热保护作用,使基体材料具有良好的高温持久抗氧化性能.同时由于Y US701型奥氏体不锈钢基体,其原始晶粒细小,组织均匀,因而经氧化后长大的晶粒组织并没有发生异常粗化的现象,如图1(a )所示.均匀分布的基体组织使得其内部金属元素向外扩散,在基体表面形成氧化膜时也较均匀,从而增强氧化膜的致密性.基体失效形式主要为沿晶腐蚀,这是由于不锈钢基体原始组织为奥氏体基体上分布有残余δ铁素体,在高温作用下δ铁素体将完全转化为s (FeCr )相[15],析出的s (FeCr )脆性相分布在晶界上并导致大量沿晶裂纹的形成.沿晶裂纹等缺陷为金属离子向外扩散提供更多途径,加剧了氧化膜的腐蚀失效速度,当金属离子逐渐向外扩散时,将在基体表面附近留下大量腐蚀气坑,降低其脆性和强度.不断加深的氧化反应消耗掉了基体内部大量Cr 元素,当Cr 含量值低于一定氧化平衡值时,氧化膜无法再形成和修复,材料将失去高温抗氧化性和高温耐腐蚀性.3　结论(1)奥氏体不锈钢基体表面形成的氧化膜具56　郑州大学学报(工学版)2009年有多膜层结构,氧化环境及氧化膜—基体界面处的元素分布和扩散对氧化膜的结构与性能有直接影响.(2)与950℃以下的常规高温服役相比,高合金Fe-Cr-N i奥氏体不锈钢在1200℃超高温运行中的氧化腐蚀程度加剧,呈严重剥离状腐蚀;氧化膜的失效行为主要表现为氧化层中裂纹的产生和不致密氧化层的脱落.参考文献:[1]　PRAG NE LL W M,E VANS H E.Chr om iu m dep leti onat2-di m ensi onal features during the selective oxida2ti on of a20Cr-25N i austenitic steel[J].Oxidati on ofM etal,2006,66:209-230.[2]　NORL I N G R,NY LUND A.The influence of te mpera2ture on oxide-scale f or mati on during er osi on-corr o2si o[J].Oxidati on of Metal,2005,63:87-111. 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2007年第4期宝　钢　技　术304奥氏体不锈钢高温氧化行为研究彭建国1,骆素珍1,袁　敏2(1.宝钢研究院,上海　201900;2.不锈钢分公司,上海　200431) 摘要:针对304热轧卷高温氧化缺陷问题,通过SE M,EP MA,XRD,E DS和XPS分析了304热轧卷氧化皮的成分和结构,研究了304的氧化行为,探讨了大生产过程中卷取温度对304氧化行为的影响。

研究表明304奥氏体不锈钢热轧卷的氧化皮结构比较致密,主要成分为铁铬尖晶石(Fe3-y CryO4)。

304的抗氧化性较强,温度低于900℃时,氧化极为缓慢;温度高于900℃后,氧化稳步增加。

适当降低卷取温度,有利于304氧化皮的去除。

关键词:奥氏体不锈钢;氧化皮;氧化行为;温度中图分类号:TG142.71　文献标识码:B　文章编号:1008-0716(2007)04-0029-04Research on O x i da ti on Behav i or of304Austen iti c St a i n lessSteel a t H i gh Tem pera turePeng J ianguo1,L uo Suzhen1,Yuan M in2(1.Baosteel Research I n stitute,Shangha i201900,Ch i n a;2.St a i n less Steel Branch,Shangha i200431,Ch i n a) Abstract:On the basis of oxidati on default of304hot2r olled stri p at high te mperature,the component and struc2 ture of oxide scale of304hot2r olled steel stri p were analyzed with SE M,EP MA,XRD,E DS and XPS.The oxidati on behavi or of304was studied.The influence of coiling te mperature on oxidati on behavi or of304stainless steel was in2 vestigated.The results show that the oxide scale of304austenitic stainless steel is denser and its main component isferr ochr ome(Fe3-y CryO4).The304’s oxidati on resistance is rather str ong.W hen te mperature is l ower than900℃,the oxidati on is very sl ow.However,when the te mperature is higher than900℃,the oxidati on rate increases steadily. The oxide scale of304hot2r olled stri p will be easy t o remove when the coiling te mperature decreases p r operly.Keywords:austenitic stainless steel;oxide scale;oxidati on behavi or;te mperature0　前言奥氏体不锈钢是指含有适量镍、铬含量大于12%,晶体结构呈面心立方的铁基合金[1]。

1概述如今大容量机组奥氏体材料如TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304、HR3C 等高等级钢材在火力发电机组锅炉高温受热面的不断应用，管内壁在高温下不可避免地被蒸气氧化，进而形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和基材存在较大的膨胀系数差，在机组启、停过程中氧化皮受应力作用剥落堵塞受热面管。

氧化皮剥落堵塞所造成的超温爆管是一个世界公认的普遍性问题，已经成为影响锅炉安全稳定运行的重要因素。

2锅炉高温受热面奥氏体不锈钢产生氧化皮的原因与危害从热力学角度来讲，锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的，因为铁与水反应生成Fe(OH)2，饱和后在一定温度范围转化为Fe3O4，在其表面形成Fe3O4氧化膜，并有氢析出。

一般来说金属温度对氧化速度的影响最大，而蒸汽压力的影响相对较小，且温度对于不同钢种蒸汽氧化速度的影响方向和程度也不尽相同。

在长期高温运行过程中，奥氏体不锈钢过热器和再热器管子内壁在高温蒸汽的作用下会不断氧化而形成连续的氧化皮，由于氧化皮的膨胀系数（0.9*10-5）与奥氏体不锈钢基体金属的线膨胀系数（2.1*10-5）相比差别很大，温度变化时二者的热胀冷缩变形很不协调，就会引起氧化皮破裂并从金属表面剥离，因此在机组启停或温度急剧变化时就更易引起管内氧化皮大面积剥落堵塞管子。

当然，不同管子受锅炉热偏差影响其内壁氧化皮剥落堆积程度也出现较大的差别。

据资料统计分析：亚临界机组正常温度运行（541℃），氧化物高峰期应在35000小时左右就会出现脱落堵塞管道；国内机组高峰期最早的在33000小时左右。

超临界机组正常温度运行（571℃），氧化物高峰期应在15000小时左右就会出现脱落堵塞管道；且温度越高，高温氧化就会加速，氧化高峰期来得越早温度越高，高温氧化越快，容易造成氧化物运行中大面积快速脱落堵塞产生爆管。

目前国内已有许多机组相继出现了锅炉氧化皮剥落所导致的爆管、汽室部件严重吹损等事故，成为威胁机组运行可靠性的主要因素。

奥氏体不锈钢热变形过程中的塑性失稳研究奥氏体不锈钢热变形过程中的塑性失稳研究摘要：奥氏体不锈钢,作为重要的结构材料,在高温下的塑性失稳行为一直是研究的热点。

本文通过实验方法对奥氏体不锈钢在热变形过程中的塑性失稳进行了研究，分析了其变形机制和影响因素，为奥氏体不锈钢的材料设计和加工提供了一定的理论基础和指导。

1. 引言奥氏体不锈钢是一种重要的结构材料，在航空、航天、汽车等领域具有广泛的应用。

而在高温下，奥氏体不锈钢的塑性失稳行为会对其力学性能和加工工艺产生重要影响。

因此，研究奥氏体不锈钢热变形过程中的塑性失稳，对提高其高温力学性能和优化加工工艺具有重要意义。

2. 实验方法本实验选择一种常用的奥氏体不锈钢，通过压缩实验研究其热变形过程中的塑性失稳行为。

实验采用恒温高温炉，将试样加热至目标温度后进行压缩变形，同时通过拉伸试验测定奥氏体不锈钢的力学性能。

3. 实验结果实验结果显示，在高温下奥氏体不锈钢表现出明显的塑性失稳现象。

随着变形温度的升高，奥氏体不锈钢的屈服强度和延伸率呈现出不同程度的变化。

进一步分析发现，奥氏体变形过程中的塑性失稳主要是由晶间滑移、晶内滑移和再结晶引起的。

在高温下，奥氏体不锈钢的晶间滑移和晶内滑移活动增强，而再结晶程度相对较低，导致材料的塑性失稳。

4. 影响因素分析不同因素对奥氏体不锈钢的塑性失稳具有重要影响。

温度是主要因素之一，随着温度的升高，奥氏体不锈钢的晶间滑移和晶内滑移活性增加，导致塑性失稳现象的出现。

除了温度外，应变速率也是影响塑性失稳的重要因素。

较高的应变速率会加速晶界的扩散和位错的形成，从而加剧塑性失稳现象。

此外，合金元素的添加和微观组织结构对奥氏体不锈钢的塑性失稳也具有一定的影响。

5. 结论通过实验研究，我们了解到奥氏体不锈钢在热变形过程中会出现塑性失稳现象。

高温下的塑性失稳主要由晶间滑移、晶内滑移和再结晶引起。

温度、应变速率、合金元素和微观组织结构等因素都对塑性失稳有重要的影响。

TP304H和TP347H高温水蒸气的氧化动力学行为王正品;冯红飞;唐丽英;金耀华;要玉宏【摘要】为了研究TP304H和TP347H在不同温度下的水蒸气氧化情况,采用不连续称重法对TP347H和TP304H钢的高温水蒸汽氧化动力学进行了研究.结果表明:在560℃、590 ℃、620 ℃和650℃温度下TP347H和TP304H钢的氧化动力学曲线均遵循抛物线(Δm=ktz);TP347H钢在水蒸气中的抗氧化性能比TP304H钢好;随着温度的升高,TP347H和TP304H钢氧化速率加快,且在590 ℃到620 ℃温度段两种材料的氧化速度均变化较快.【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2010(030)006【总页数】4页(P557-559,564)【关键词】TP347H钢;TP304H钢;高温水蒸气;氧化动力学【作者】王正品;冯红飞;唐丽英;金耀华;要玉宏【作者单位】西安工业大学,材料与化工学院,西安,710032;西安工业大学,材料与化工学院,西安,710032;西安热工研究院有限公司,西安,710032;西安工业大学,材料与化工学院,西安,710032;西安工业大学,材料与化工学院,西安,710032【正文语种】中文【中图分类】TG14218-8系列粗晶奥氏体不锈钢以其良好的高温强度、抗烟气氧化腐蚀性能和优良的可焊性能一直受到世界各国的青睐,被广泛地应用于温度较高的受热面管排(包括末级过热器及再热器)[1].但是这类奥氏体不锈钢在高温运行时与高温蒸气作用会在管的内壁形成一层氧化层[2-5].氧化层的存在使管材有效壁厚减薄,工作温度升高,加速氧化进程,影响管材寿命.蒸气侧氧化层达到一定厚度时发生剥落,剥落下来的氧化层堆积在屏式过热器的弯头处,可能导致弯头部位因堵塞而局部温度过高引起爆管事故发生或由于蒸汽中携带的氧化皮颗粒对汽室部件冲刷而引起的喷嘴、叶片、叶轮隔板等异常磨损[6].文中对TP347H和TP304H钢在不同温度下进行了水蒸气氧化试验,并分别绘制了两种钢在不同温度下的氧化动力学曲线.1 试验材料与方法1.1 试样制备试验所用的材料取自调研电厂的备用管,规格为∅38×5.5,成分符合 GB5310-1995标准.试样是在钢管上用线切割法切取尺寸为25 mm×10 mm×3 mm的平板状试样,试样的化学成分和GB5310-1995标准见表1.试样经打磨、清洗、除油、电解抛光、低温烘干、称重并准确地测量出试样的尺寸并计算其表面积,称重采用精度为0.0001g的电子天平.表1 试样的化学成分(w)Tab.1 The chem ical composition of the samples(w)标准材料 C Si M n S P Cr Ni Nb GB5310-1995 TP304H 0.04～0.10≤0.75 ≤2.00 ≤0.03 ≤0.040 18.00～20.00 8.00～11.00标准 TP347H0.04～0.10≤0.75 ≤2.00 ≤0.03 ≤0.040 17.00～20.00 9.00～11.00Nb+Ta≥8×C%～1.00试验用钢 TP304H 0.070 0.16 1.35 0.003 0.00718.06 8.18管成分 TP347H 0.047 0.4 1.45 0.0028 0.018 18.53 9.53 0.64 1.2 试验方法试验采用西安热工研究院自行设计的高温蒸汽氧化装置.装置能够模拟火力发电厂蒸汽流通部件蒸汽侧服役状态的高温蒸汽环境.试验温度分别为560℃,590℃,620℃和650℃,试验时间节点取为100 h,200 h,410 h,650 h和1 000 h.在试验节点停炉时对系统吹氩气直至试样冷却,取出试样干燥后称重,计算单位面积增重并取平均值.2 试验结果及讨论2.1 氧化动力学曲线根据各试样的原始尺寸、氧化前试样的初始重量及氧化不同时间后试样的重量,按照如下公式计算单位面积增重为式中:M为单位面积增重;W t为时间t时的试样重量;W0为试样的原始重量;W t和W 0单位为g,S为表面积,单位为mm2,计算得到的单位面积增重单位为g/m2. 然后对各个温度下的每个时间点的试样的单位面积增重求平均,利用origin软件对计算所得到的数据点进行拟合如图1所示.由拟合的结果可以看出,试样的单位面积增重随时间的变化服从Δm=ktz规律,且拟合曲线与数据点符合较好.两种材料各温度下的氧化动力学方程及相关系数见表2.表2 氧化动力学方程和相关系数Tab.2 Oxidation kinetics equations and correlation coefficients材料T/℃ 氧化动力学方程相关系数560y=2.77766t0.30955 0.97792 TP347H 590 y=3.14375t0.33271 0.97929 620 y=9.48247t0.25658 0.99673 650 y=10.26682t0.27504 0.99301 560 y=1.60926t0.22518 0.99548 TP304H 590 y=2.74403t0.38943 0.96908 620 y=8.14082t0.31544 0.99983 650 y=5.73374t0.4068 0.99957为了更直观的观察同种材料在不同温度下的氧化情况,现将相同材料在不同温度下的氧化动力学曲线放在一个坐标系下进行比较分析,如图2所示.图1 水蒸气氧化单位面积增重y与氧化时间t之间的关系曲线Fig.1 Relation o f weigh gain per unit area y w ith oxidation time t图2 水蒸气氧化单位面积增重y与氧化时间t之间的关系曲线Fig.2 Relation o f weigh gain per unit area y w ith oxidation time t2.2 讨论实验结果表明,以上氧化动力学曲线均具有阶段性,即氧化都是由无覆盖钢表面的快速氧化阶段和有氧化物覆盖钢表面的慢速氧化阶段组成的.氧化初始时,由于钢样表面完全暴露在水蒸气中,金属离子与氧离子的无阻挡接触在短时间内试样的质量快速增加,氧化速率很快,称快速氧化阶段.当氧化层覆盖整个钢样表面后,并达一定厚度时,由于氧化层的隔阻作用,氧化的继续进行必须依靠原子的扩散穿过氧化层,氧化速率便显著减慢,这时的氧化阶段称慢速氧化阶段.图1为TP347H和TP304H分别在560℃,590℃,620℃和650℃下的拟合曲线.从图中我们可以明显看出:TP304H和TP347H这两种材料在560℃,590℃,620℃和650℃时的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,且TP347H钢在水蒸气中的抗氧化性能明显比 TP304H钢好.在氧化初始阶段试样增重很快,说明此时是快速氧化阶段,而之后增重速度开始减缓,说明试样表面已生成了氧化膜,氧化进入慢速氧化阶段,随着时间的延长,氧化膜越来越厚越致密,原子扩散更加困难,氧化速度趋于平缓.图2是同种材料在不同温度下的氧化情况.560℃时,氧化速度缓慢,590℃时氧化速度虽然增加,但两温度下氧化速度差距不大;到620℃时,氧化速度明显加快,而到650℃时氧化速度增速减缓,可见590～620℃是氧化速度增速最快的区域.由于两种材料在560℃,590℃,620℃和650℃温度下均遵循Δm=ktz抛物线规律,其氧化速率为抛物线方程的导数,是个变数.与温度和单位面积增重(或时间)双重因素有关.现取单位面积增重为10 g/m2,15 g/m2,20 g/m2,25 g/m2,30 g/m2各值的氧化速率,得氧化速率与氧化温度之间的关系,如图3所示.图3 氧化速率与温度的关系Fig.3 Relationship between oxidation speed and temperature由图3可以明显的看出氧化速率随温度的升高而增大,随单位面积增重的增大而减小.1)TP347H和TP304H在560℃,590℃,620℃和650℃水蒸气中的氧化动力学均遵循抛物线(Δm=ktz).2)TP347H钢在560℃,590℃,620℃和650℃水蒸气中的抗氧化性能均比TP304H 钢好.3)TP347H和TP304H在590℃到620℃温度段的氧化速度均变化较快.参考文献:【相关文献】[1] 郭立峰,魏彦筱,张晓昱,等.18-8奥氏体不锈钢水蒸汽氧化的失效分析[J].华北电力技术,2005(8):21.GUO Li-feng,WEI Yan-xiao,ZHANG Xiao-yu,etal.Analysis on 18-8 Austenitic Stain less Steel Failure Caused by Steam Oxidation[J].North China Electric Power,2005(8):21.(in Chinese)[2] 李铁藩.金属高温氧化和热腐蚀[M].北京:化学工业出版社,2003.LI Tie-fan.H igh Temperature Oxidation and H ot Corrosion of M etal[M].Beijing:Chem ical Industry Press,2003.(in Chinese)[3] Othman Norinsan K,Zhang Jian-qiang,Young David J.Temperature and Water Vapour Effects on the Cyclic Oxidation Behavior o f Fe-Cr A lloys[J].CorrosionScience,2010,52(9):2827.[4] Halvarsson M,Tang J E,Asteman H,et al.M icrostructural Investigation of the Breakdow n of the Protective Oxide Scale on a 304 Steel in the Presence of Oxygen and Water Vapour at 600℃[J].Corrosion Science,2006,48(8):2014.[5] Saunders S R J,Monteiro M,Rizzo F.The Oxidation Behaviour of M etals and Alloys at H igh Temperatures in A tmospheres Containing W ater Vapour:A Review[J].Progress in Materials Science,2008,53(5):775.[6] 谢宋钊,杜保华,杨二鲁,等.珠江电厂2号锅炉末级再热器氧化皮剥落与运行特性分析[J].广东电力,2009,22(6):64.XIE Song-zhao,DU Bao-hua,YANG Er-lu,et al.A-nalysis of Oxide Skin Exfoliation and Operational Characteristics of Boiler 2 Final Reheater in Zhujiang Pow er Plant[J].Guangdong Electric Power,2009,22(6):64.(in Chinese)。

奥氏体不锈钢高温锅炉管失效分析蔡晓辉;刘峰【摘要】采用金相显微镜、扫描电镜以及拉伸、冲击、显微硬度测试等检测手段,对高温临氯环境下开裂的奥氏体不锈钢锅炉管进行失效原因分析.分析结果表明,奥氏体不锈钢高温锅炉管断裂为典型的疲劳—蠕变断裂模式,裂纹形态为穿晶沿晶混合萌生、沿晶扩展.高温不锈钢炉管在运行过程中承受较大的热应力,在锅炉频繁起停过程中应力不断循环变化,导致构件承受疲劳与蠕变交互作用并最终使奥氏体不锈钢锅炉管开裂.%The failure mechanism of an austenitic stainless steel boiler tube under high temperature and hydrogen environment was investigated by optical and scanning electron microscope. Mechanical properties of the boiler tube were also studied by tensile, impact and hardness tests. The results show that high -temperature creep -fatigue cracking is the major reason for the failure of this component. From the morphology of view, the cracks initiate in a mixed mode and propagated in a typical intergranular way. High temperature stainless steel tubes in the boiler are subjected to high thermal stress during frequent starting and shutting down, causing fatigue and creep interaction in the material, and eventually leading to the final failure.【期刊名称】《石油化工高等学校学报》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】4页(P70-73)【关键词】高温环境;蠕变;奥氏体不锈钢;失效分析【作者】蔡晓辉;刘峰【作者单位】中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司,辽宁抚顺113006;辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TE963某石化企业的一台锅炉使用近三年后，近期发生高温炉管开裂事故，造成工作气体泄漏，影响企业安全生产，并造成一定的经济损失。

TP304H和TP347H奥氏体不锈钢服役状态变化及晶间腐蚀原因分析罗小刚大唐韩城第二发电有限责任公司 715405摘要：通过对TP304H及TP347H奥氏体不锈钢锅炉管的服役状态的分析，其组织状态虽运行时间的增加，组织状态不断劣化，晶界碳化物析出并不断增加，抗晶间腐蚀能力变差，塑性降低，TP304H的老化相对TP347H要快，尤其是该类型的管子弯头处老化更严重，并对老化趋势及晶间腐蚀进行综合分析，提出了相应的预防建议。

关键词：TP304H、TP347H不锈钢锅炉管，服役安全性，组织老化，脆化，晶间腐蚀。

TP304H and TP347H austenitic stainless steel in service state changes analysis and intergranular corrosionAbstract:through the analysis of the TP304H and TP347H service status of austenitic stainless steel boiler tubes, increase its organization is the running time, organization condition deterioration, grain boundary carbides precipitation and increasing the resistance variation, intergranular corrosion, plastic reduce, the aging of TP304H relative to TP347H quickly, especially the pipe bend this type of aging is more serious, and the comprehensive analysis of the aging trend and intergranular corrosion, and puts forward the corresponding suggestions of prevention。

TP347H和TP304H钢高温氧化行为的研究的开题报告标题：TP347H和TP304H钢高温氧化行为的研究研究背景和意义：高温氧化是钢材在高温环境下的一个重要腐蚀问题，它对钢材的机械性能、耐腐蚀性能和安全性能都有着非常大的影响。

在航空航天、汽车和能源等领域中，钢材在高温环境下的性能必须得到保证。

因此，研究钢材在高温氧化过程中的行为，对于改进钢材的高温性能具有重要的意义和价值。

研究对象：本次研究的对象为TP347H和TP304H钢，这两种钢材广泛存在于高温环境下的各个领域。

TP347H钢是一种高合金不锈钢，其主要成分为Cr、Ni和Mo，具有优良的耐腐蚀和高温性能；TP304H钢是一种常见的不锈钢，其主要成分为Cr和Ni，具有较好的耐腐蚀性能和高温稳定性。

因此，研究这两种钢材在高温氧化过程中的行为，可以为进一步改进这些钢材的高温性能提供重要依据。

研究内容：本次研究将探究TP347H和TP304H钢在不同温度、不同氧分压下的高温氧化行为。

具体而言，将采用重量增量法、SEM、EDS等测试手段，研究钢材在高温氧化过程中的氧化膜形态、厚度、成分和结构等方面的变化。

通过实验数据的分析和比较，研究不同温度、不同氧分压下，TP347H和TP304H钢的抗氧化性能和氧化过程的机理。

研究意义：针对TP347H和TP304H钢的高温氧化行为进行深入研究，可以为优化钢材的高温性能提供理论支持和实验基础。

通过研究钢材在高温氧化过程中的行为和机理，可以为制定合理的高温使用限制条件和优化高温防护措施提供依据。

此外，研究结果还可以为改进金属氧化膜的性能提供新的思路，提高氧化膜的抗腐蚀性能。

铸造奥氏体不锈钢长时热老化后的组织和性能研究的开题报告一、研究背景不锈钢，是指具有较好耐腐蚀性的钢种，其中奥氏体不锈钢是其中种类较为常见的不锈钢之一，适用于工业和民用领域中多种不同的应用。

国内外许多研究者发现，奥氏体不锈钢的高温热老化对其组织和性能有很大的影响，因此研究铸造奥氏体不锈钢长时热老化后的组织和性能变化，对于提高其耐腐蚀性、高温力学性能等方面有一定的指导意义。

二、研究目的本研究旨在通过对铸造奥氏体不锈钢长时热老化后的组织和性能变化进行深入的研究，探讨其热力学行为、晶体结构、基本力学性质等方面的变化规律，为实现其高温性能方面的优化和提高提供相关理论和实验依据。

三、研究方法本研究采用了以下主要研究方法：1.采用铸造工艺制备奥氏体不锈钢试件并对其进行热老化处理。

2.采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对铸造奥氏体不锈钢试件的组织结构、晶界结构等进行观察和分析。

3.采用X射线衍射仪、热重分析仪、差热扫描量热仪等手段对其热力学行为、晶体结构、基本力学性质等方面的变化规律进行测试和研究。

四、预期结果通过上述的研究方法和手段，本研究预期能够获得如下结果：1.铸造奥氏体不锈钢长时热老化后的组织结构、晶界结构等方面的变化规律。

2.铸造奥氏体不锈钢长时热老化后的热力学行为变化规律。

3.铸造奥氏体不锈钢长时热老化后的基本力学性质变化规律。

五、研究意义本研究可以为进一步提高铸造奥氏体不锈钢的耐腐蚀性、高温力学性能等方面提供一定的指导意义。

同时，也为相关领域的研究者提供了相关理论和实验研究依据，促进了奥氏体不锈钢研究领域的进一步发展和完善。

电站锅炉新型奥氏体耐热钢高参数条件下组织老化规律及寿命关系研究下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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火电厂锅炉再热器管高温腐蚀研究【摘要】：在火电厂运行的过程中经常会发生锅炉再热器管被高温腐蚀的情况,本研究将以TP304H的再热器管作为研究对象进行分析.高温腐蚀的现象主要是由水蒸气的存在引起的,水蒸气一般存在于再热器管的内、外两个表面,然后经过一定的时间,便会出现腐蚀的现象。

【关键词】：锅炉再热器管；高温；腐蚀前言火电厂锅炉再热器是锅炉爆漏事故最为频繁的部件之一。

近年发展起来的以受热面管工作温度来判断其超温服役状态的剩余寿命评价与计算, 为现场生产和检修提供了有力的技术支持。

获得实际运行中管排温度场分布数据的常用手段, 是在检修中冷态测量管子内壁氧化皮厚度及管子的剩余厚度, 依据氧化皮厚度与温度的经验关系计算管子的工作温度和平均壁厚消耗速度, 估算哪些管子处于超温区。

由于评价体系中采用的测度, 估算哪些管子处于超温区。

由于评价体系中采用的测度, 估算哪些管子处于超温区。

由于评价体系中采用的测皮的生长规律并不完全清楚以及氧化皮的存在造成了传热变化。

一、火电厂锅炉再热器管的高温腐蚀1.1 火电厂锅炉再热器管的内壁腐蚀火电厂的锅炉再热器管出现孔洞，一般都是在内层与外层之间。

此时，内层与外层之间出现一定的间隔，内氧化层与基层也会间断，内层变得比较独立，同时会出现很多大小不一的颗粒，这些颗粒就是氧化的结果。

通过传统的数据分析我们可以看到，内层的氧化物一般是由铬的氧化物形成的。

内氧化是伴随着外氧化发生的，在内氧化层与外氧化层之间会形成一定的通道，很多的水蒸气与氧气会通过这个通道，在内层发生更为严重的腐蚀，严重的时候甚至会发生脱落掉皮的现象。

我们应该认识到，火电厂再热器管的内部是一个比较复杂的环境，它存在各种水蒸气与热气，整个化学反应过程都是由水与氧气共同参与的。

对于比较新的锅炉再热器管来说，参与最多的金属是铁与铬，这两种金属元素分别在水与氧的环境之下生成相应的氧化物，再生成一定的还原氢。

此外，在氧化时，铁会生成各种形式的氧化物。

Super304H不锈钢锅炉管的性能分析评述关键词：超(超)临界锅炉机组；Super304H；奥氏体不锈钢；热处理摘要：日本研制开发的、用于超(超)临界锅炉机组的新型Super304H 奥氏体不锈钢管，在650℃的抗氧化性优于目前常用的SA一213TP304H 和SA一213TP347H，相同条件下的氧化腐蚀深度仅为SA一213TP3O4H的一半，为SA一213TP347H 的67 。

试验证明，其焊接接头力学性能符合蒸汽锅炉安全技术监察规程和ASME相应规范要求。

对该负的性能及特点进行较为详尽地评述介绍。

最后的综合分析认为：该钢种作为我国超(超)临界锅炉机组的过热器和再热器管子材料是合适的。

1 前言随着电力工业的发展和全球对环境问题的日益关注，发展高效、节能、环保的大容量电站锅炉已引起国内外的高度重视，因此提高火电机组的蒸汽温度和压力已势在必行，这对钢材的热强性、工艺性及经济性提出了更高的要求。

以往在大型锅炉过热器和再热器的高温段，主要应用了9—12Cr系的热强钢和TP304H、TP347H 之类的18—8型奥氏体不锈钢。

自从上世纪80年代中期开始的超(超)临界锅炉机组的研制开发、安装、投入运行以来，相应地开发了各种持久强度高、组织稳定性好、抗蒸汽氧化性良好及高温耐蚀性优良的新型材料，以满足锅炉机组不同部件对材料的要求。

Super304H是开发较为成功的钢种之一，该钢是由日本住友金属株式会社和三菱重工在ASME SA一213 TP304H的基础上，通过降低Mn含量上限，加入约3％的铜、0．45 9／6铌和微量的氮，使该钢在服役运行时产生细小弥散、沉淀于奥氏体内的富铜相，并与其互相密合，从而达到高温强度、高温塑性及抗高温氧化的最佳组合。

据日本相关资料介绍『1]，该钢在温度为650℃时的抗氧化性优于目前常用的SA 一213TP304H和SA一213 TP347H，相同条件下的氧化腐蚀深度仅为SA一213 TP304H的一半，为SA一213 TP347H的67 ，由于Cu、Nb、N 的多元复合强化作用，其许用应力较SA一2l3 TP347H 高约20 9／6以上。

TP304H奥氏体不锈钢析出动力学研究的开题报告
一、研究背景
TP304H奥氏体不锈钢在高温环境中长期使用时，会发生析出现象，对其力学性能、耐腐蚀性和服役寿命产生影响。

因此，研究TP304H奥氏体不锈钢的析出动力学是十分有意义的。

二、研究目的
本研究旨在研究TP304H奥氏体不锈钢在高温下的析出行为，探究其析出相、析出速率、析出规律及其对材料性能的影响。

三、研究内容
1. 分析TP304H奥氏体不锈钢的组成、结构及其在高温环境中的析出现象。

2.使用不同的测试方法和手段，如差示扫描量热法、金相析出、透射电子显微镜等，对TP304H奥氏体不锈钢在高温环境下的析出行为进行研究和分析。

3. 利用数据分析方法，总结TP304H奥氏体不锈钢在高温环境下的析出规律，并将其与其他钢种进行对比研究，以期深入了解TP304H奥氏体不锈钢的析出动力学。

四、研究意义
该研究对TP304H奥氏体不锈钢在高温环境下的析出行为进行研究和探究，可以为制定使用与维护技术标准提供理论基础和参考依据，为材料的设计、开发和应用提供理论依据。

此外，还有助于深入了解奥氏体不锈钢的晶体学和微观结构，为提高奥氏体不锈钢的性能和实际应用价值做出贡献。

五、研究方法
该研究将采用实验室小试和大规模生产实验室，利用不同的测试方法和手段分析和研究TP304H奥氏体不锈钢的析出行为。

根据以上内容制定实验计划，收集并整理实验数据，利用数据分析方法分析和总结出
TP304H奥氏体不锈钢的析出规律。

六、预期结果
研究结果将呈现TP304H奥氏体不锈钢在高温环境下的析出行为及其规律，为深入研究、优化奥氏体不锈钢提供理论基础。